CC BY
150
УДК 628.34
И. Г. Шайхиев, Г. А. Минлигулова
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВОССТАНОВИТЕЛЕЙ НА УДАЛЕНИЕ ИОНОВ ХРОМА (VI) ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ СТОКАМИ ГАЗОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО ПРОИЗВОДСТВА
Ключевые слова: ионы хрома, очистка, восстановители, сточные воды нефтехимических производств.
Рассматриваются вопросы очистки сточных вод, содержащих ионы хрома (VI), щелочными сточными водами производств газопереработки. Исследована эффективность удаления ионов хрома в зависимости от применяемого восстановителя.
Key words: chromium ions, cleaning, reducing, waste water petrochemical plants.
The issues of wastewater containing chromium ions (VI), alkaline wastewater industries gas processing. The efficiency of removal of chromium ions as a function of the applied reducing agent.
Наиболее распространенным способом удаления ионов хрома из сточных вод (СВ) гальванических и иных производств является реагентный. На предприятиях очистка от ионов хрома (IV) осуществляется восстановлением последних в кислой среде до ионов Cr3+ с помощью химических реагентов, в качестве которых наиболее часто используют тиосульфаты, пиросульфиты и бисульфиты натрия и калия.
Для выделения ионов хрома (III) в виде малорастворимого гидроксида хрома, СВ в последующем подщелачивают различными реагентами (NaOH, КОН, Na2CO3, известковое молоко и др.). Образующийся в результате нейтрализации малорастворимый осадок Сг(ОН)3 удаляется известными методами.
Применяемая в настоящее время на большинстве предприятий технология очистки сточных вод от ионов хрома имеет следующие недостатки:
- многостадийность;
- применение дорогостоящих реагентов (NaOH, КОН, Na2CO3);
- использование известкового молока хотя и позволяет удешевить процесс, но способствует забиванию трубопроводной аппаратуры и, как следствие, предполагает частую прочистку, что в технологическом аспекте не совсем приемлемо.
- при использовании известкового молока образуется большое количество шлама, из которого практически невозможно выделить целевые компоненты Сг(ОН)3.
В настоящее время для очистки СВ от ионов хрома применяют весьма эффективные, но дорогостоящие способы как обратный осмос, нанофильтрация и т.д. Однако экономическое состояние многих хозяйствующих субъектов в Российской Федерации ограничивает ресурсные возможности по реализации природоохранной деятельности. Особый интерес представляет использование в качестве реагентов для очистки СВ отходов производств, и, в частности, стоков других производств.
В продолжение ранее опубликованных работ [1-5] по исследованию взаимоочистки СВ различных производств, в настоящей работе изучалась возможность использования щелочных СВ газоперерабатывающего производства в качестве реагентов для очистки модельных
Г* и»6+
стоков, содержащих ионы Cr .
В качестве объекта исследований использовался модельный хромсодержащий сток с концентрацией ионов Cr(VI) = 500 мг/л. Полученный раствор имел следующие
характеристики: рН- 2 ,24, светопропускание - 85 %, цвет - светло-оранжевый прозрачный.
В качестве нейтрализующего стока исследована сточная жидкость, образующуяся в «Управлении Татнефтегазпереработка» со следующими характеристиками: рН - 11,75, ХПК -35520 мгО2/л, светопропускание -26 %, плотность - 1.0756 г/см3, цвет - желто-зеленый. Выбор
84
вышеуказанного стока обусловлен тем, что в его составе содержится щелочные реагенты, которые, как предполагалось, могут способствовать осаждению ионов Cr3+ в виде гидроксида.
Сущность эксперимента заключалась в следующем: на 1 л приготовленного
модельного раствора с содержанием ионов хрома (VI) 500 мг/л добавлялось по 2 грамма восстановителей, в качестве которого использовались тиосульфат натрия (Nа2S2Оз), пиросульфит натрия (Nа2S2О5) и гидросульфит натрия (NаНSОз). Учитывая тот факт, что наиболее полное восстановление ионов ^6+ до идет в сильнокислой среде, в модельный раствор приливалась 96 %-ная H2SO4 с доведением рН среды до значения рН ~ 2.0.
Ход эксперимента заключался в следующем: в мерные цилиндр наливалось по 100 мл приготовленного кислого модельного хромсодержащего стока (ХСС), содержащего восстановитель, и к ним в определенной пропорции приливалось отмеренное количество щелочных СВ. Выбраны следующие соотношения ХСС:ЩСВ = 10:0.2, 10:0.5, 10:1, 10:2, 10:5, 10:10.
При добавлении щелочного стока наблюдалось мгновенное образование осадка зеленого цвета, обусловленного образованием Cr(OH)3, масса которого вначале увеличивалась (рис. 1), а затем несколько снижалась.
Количество ЩСВ, мл
• Г идросульфит натрия ■ Пиросульфит натрия ▲ Тиосульфат натрия
Рис. 1 - Зависимости массы выпавшего осадка от количества приливаемой ЩСВ и используемого восстановителя
Данное обстоятельство объясняется тем, что гидроксид хрома (III) обладает амфотерными свойствами и растворяется в избытке щелочи с образованием водорастворимых хромитов, в соответствии с уравнением:
Сг(ОН)з + NaOH = NaCr02 + 2 Н2О.
Для осаждения Сг(ОН)з оптимальная величина рН водной среды составляет 8.5 - 9.0. Для достижения значений рН в указанном интервале (рис. 2) найдено, что соотношения ХСС, содержащего тиосульфат, пиросульфит и гидросульфит натрия, с щелочным стоком составили 10:5, 10:2 и 10:5 соответственно. При максимальном соотношении ХСС:ЩСВ = 1:1 независимо от вида используемого восстановителя значение рН всех трех смесевых фильтратов колеблется в пределах рН = 11-12.
Рис. 2 - Зависимости изменения рН среды фильтратов в зависимости от количества приливаемой ЩСВ и используемого восстановителя
Как видно из кривых, приведенных на рисунке 2, наибольшее значение рН достигается в случае использования пиросульфита натрия, наименьшее - при малых дозировках гидросульфита натрия, а при дозировках более 4 мл на 100 модельного стока - тиосульфата натрия.
Следует отметить, что высушенные осадки имели однородный зеленый цвет, присущий гидроксиду хрома. Последнее обстоятельство позволяет, в принципе, рекуперировать дорогостоящий продукт и применять для дальнейшего производства или для получения других ценных хромсодержащих соединений.
Из приведенных графических зависимостей следует отметить и тот факт, что при использовании тиосульфата натрия в качестве восстановителя достигается максимальная масса выпавшего осадка, наименьшее значение при дозировке щелочной сточной воды более 5 мл достигается в случае с пиросульфитом натрия (рис. 1).
Экспериментально полученная масса осадка превышает теоретически возможную, ввиду того, что образующийся гидроксид хрома увлекает за собой другие соединения, присутствующие в растворе, объединяя их в результате протекания процесса коагуляции в агломераты и поэтому масса выпавшего осадка достигает 2 г/л.
Из графиков, приведенных на рис. 3, очевидно, что с увеличением приливаемого объема ЩСВ значения ХПК планомерно повышаются, что впрочем, вполне закономерно, учитывая высокое содержание органической составляющей в щелочном стоке ОАО « Татнефтегазпереработка».
Анализируя полученные кривые на рисунке 4. можно сделать вывод, что количество ионов хрома (III) уменьшается при увеличении количества вводимой ЩСВ. Наибольшее значение искомого параметра в случае добавления 5 мл ЩСВ к 100 мл модельного ХСС в тех экспериментах, где в качестве восстановителя используется пиросульфит натрия и гидросульфит натрия. Увеличение количества вводимой ЩСВ приводит к уменьшению остаточного содержания Cr3+.
Рис. 3 - Кривые изменения значений ХПК от количества приливаемой ЩСВ и используемого восстановителя
Однако остаточное содержание хрома в фильтрате, учитывая его высокую начальную концентрацию, не позволяет достичь значений, требуемых для сброса сточных вод на биологические очистные сооружения (0.5 мг/л по и отсутствие по содержанию ^6+).
Рис. 4 - Зависимости остаточной концентрации ионов хрома (III) от количества приливаемой ЩСВ и используемого восстановителя
Определено, что при использовании в качестве восстановителя тиосульфата натрия остаточное содержание ионов хрома снижается до 4 мг/л, использование гидросульфита натрия позволяет снизить остаточное содержание хрома только до 120 мг/л. Данное обстоятельство позволяет сделать вывод об эффективности работы тиосульфата натрия в
качестве реагента - восстановителя. В соответствии с данными, приведенными на рисунках 1 и 2 очевидно, что в данном случае оптимальным является дозировка ХСС:ЩСВ = 10:5, при котором достигается наименьшая концентрация остаточного хрома в растворе, при этом лучшие показатели достигаются при использовании в качестве восстановителя тиосульфата натрия.
Следует отметить применение данного технологического решения перед традиционными реагентными методами удаления ионов хрома из водных сред:
- использование щелочной сточной воды в качестве реагента облегчает процесс выделения и разделения целевого продукта;
- возможность уменьшения себестоимости очистки ввиду исключения применения дорогостоящих реагентов;
- возможность регенерации или рекуперации соединений хрома, содержащихся в
осадке;
- малое количество образующегося осадка ввиду исключения известкового молока в качестве подщелачивающего реагента.
Литература
1. Минлигулова, Г.А. Исследование очистки сточных вод, содержащих ионы тяжёлых металлов ОАО «КАМАЗ», стоками нефтехимических производств / Г.А. Минлигулова, И.Г. Шайхиев // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2011. - Т. 14, № 6. - С. 166-171.
2. Шайхиев, И.Г. Исследование очистки кислых модельных стоков, содержащих ионы тяжелых металлов, сточными водами нефтехимических производств / И.Г. Шайхиев, Г.А. Минлегулова // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2011. - Т. 14, № 12. - С. 118-122.
3. Шайхиев, И. Г. Исследование очистки хромсодержащих гальваностоков ОАО «КамАЗ / И.Г. Шайхиев, Г.Ш. Зарипов, Г.А. Минлигулова Г.А. // Вестник машиностроения. - 2010. - № 8. -С.81-83.
4. Шайхиев, И.Г. Исследование очистки сточных вод гальванических производств ОАО «КАМАЗ» стоками нефтехимических производств / И.Г. Шайхиев, Г.А. Минлигулова, Г.В. Маврин // Сборник трудов Международной научно-технической и образовательной конференции «Образование и наука -производству», Набережные Челны. - 2010. - С. 208-210.
5. Шайхиев, И. Г. Изучение удаления ионов тяжелых металлов из водных растворов сточными водами производства органического синтеза / И.Г. Шайхиев, Г.А. Минлигулова, Г.В. Маврин // Материалы VI Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные вопросы безопасности в техносфере», Улан-Удэ. - 2010. - С. 53-56.
© И. Г. Шайхиев - канд. техн. наук, зав. каф. инженерной экологии КНИТУ, [email protected]; Г. А. Минлигулова - асп. той же кафедры.
